Способ автоматического определения скорости потребления кислорода микроорганизмами Советский патент 1988 года по МПК C12M1/34 

сл

ел

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам автомагического определения переменных процесса биосинтеза,

Цель изобретения - повышение точ- иости определения скорости потреблени растворенного кислорода микроорганиз- .

Если из ферментера отобрать часть культуральной среды в измерительную ячейку малой емкости, то концентрация растворенного кислорода в ней будет уменьшаться, вследствие потребления кислорода микроорганизмами. В предлагаемом спо.собе для определения скорости потреб.пения растворенного кислорода применяется электрод растворенного кислорода, установленный в измерительной ячейке. Для того, что- бы свойства культуральной среды в измерительной ячейке были идентичны свойствам культуральной среды в ферментере, должны удовлетворяться два условия, т.е. измерительная ячейка должна быть установлена в непррред- ственной близости к ферментеру и куль туральная среда должна прокачиваться через измерительную ячейку некоторое время с помощью прокачивающих устройств (перистальтический насос), чтобы исключить застояние культуральной среды в магистралях, связывающих ферментер и измерительную ячейку.

Таким образом, предоставляется возможным определение скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами по концентрации растворенного кислорода в культуральной среде. Для этого останавливают прока чивание культуральной среды и фиксируют момент времени t, их остановки В момент вр ёмени tg культуральная среда, находящаяся в измерительной ячейке, идентична культуральной ере- де в ферментере. Во время роста и жизнедеятельности микроорганизмов в измерительной ячейке растворенный кислород потребляется микроорганизмами, и концентрация растворенного кислорода в культуральной среде уменьшается. Изменение концентрации ра- створенного кислорода в измерительной ячейке измеряется электродом растворенного кислорода и путем дифференцирования получ енных значений определяется скорость потребления . растворенного кислорода микроорганиз мами.

5 05

5

д j „

При исчерп&нии растворенного кислорода микроорганизмами в измерительной ячейке, производная концентрации растворенного кислорода становится равной нулю и фиксируется момент времени tj,, при котором производная концентрации кислорода становится равной нулю. Это означает, что растворенный куслород в измерительной ячейке полностью исчерпан микроорганизмами и тем самым момент времени tj, определяет конец измерения скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, при котором концентрация растворенного кислорода в измерительной ячейке не меняется.

Таким образом, о скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами можно судить по длительности интервала времени от момента остановки прокачивания культуральной среды до момента концентрации растворенного кислорода микроорганизмами в измерительной ячейке, т.е. стабилизации исчерпания растворенного кислорода в культуральной среде, находящейся в измерительной ячейке, причем при изменении скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами в культуральной среде будет меняться время исчерпания растворенного кислорода микроорганизмами в измерительной ячейке.

Скорость по требления растворенного кислорода микроорганизмами определяется по уравнению (1) и характеризуется углом наклона производной концентрации растворенного кислорода во времени, как показано на фиг.1.

QO.

,, dCog

dt

K(,) kAt, (1)

где Cp - концентрация растворенного кислорода в культуральной среде в измерительной ке;

t, - момент времени остановки прокачивающих устройств; t - момент времени исчерпания растворенного кислорода микроорганизма1-да в культуральной среде в измерительной ячейке.

На фиг. 2 показана систег-1а, реализующая данный способ.

Система состоит из ферментера (, прокачивающих устройств 2 и 3, измерительной ячейки, вклю гающей измерительную кювету 4, электрод 5 растворенного кислорода, исполнительного механизма 6, блока 7 определения концентрации растворенного кислорода, блока 8 дифференцирования, блока 9 управления, блока 10 измерения интервала времени и преобразующего блока 1 1 .

Система работает следующим образом.

При измерении концентрации растворенного кислорода, прокачивающее устройство 2 подает культуральную среду в измерительную кювету 4, становлен- ную в непосредственной близости к ферментеру, и электродом 5 растворенного кислорода измеряется концентрация растворенного кислорода в культу- ральной среде, и сигнал электрода подается на блок 7 определения концентрации растворенного кислорода в куль- туральной среде. Из измерительной кюветы 4 культуральная среда в ферментер возвращается посредством прокачивающего устройства 3,

Если определяется скорость потребления растворенного кислорода микро--; организмами, сигналы от блока 9 управления (управление осуществляется оператором) подаются на прокачивающие устройства 2 и 3 (останавливаются дви двигатели перистальтических насосов) и на исполнительный механизм- 6 (закрывается магистраль подачи культураль ной среды в измерительную кювету 4, чтобы не происходило диффузии растворенного кислорода из ферментера в измерительную кювету) и на блок 10 измерения интервала времени (фиксируется момент времени t остановки прокачивающих устройств 2 и 3). Растворенный кислород в культуральной среде, находящийся в измерительной кюве- те 4, будет потребляться микроорганизмами, и изменение концентрации растворенного кислорода измеряется эле ктродом 5 растворенного кислорода, сигнал которого подается на блок 8 дифференцирования, в котором путем численного дифференцирования определяется скорость потребления раство- ренного кислорода микроорганизмами в измерительной кювете 4, Сигнал от блока 8 дифференцирования подается на

5

0

5

0

5

0

5

0

5

блок 10 измерения интернала П1)ем(.;ни. Когда микроорганизмы исчерпьтг1ют ра- сТворенный кислород в культуральной среде, находящейся в измерительной кювете, выходной сигнал блока 8 дифференцирования становится равньп- нулю, и блок 10 измерения интервала времени фиксирует этот момент времени t и определяет интервал времени At t, . Сигнал от блока 10 подается на преобразующий блок 11, в котором определяется скорость потреб- ления растворенного кислорода микроорганизмами, пропорциональная интервалу времени At, определенному в блоке 10 измерения интервала времени по градуировочиой характеристике, определяемой экспериментальным путем для используемой измерительной ячейки.

Для последующих измерений скорости потребления растворенного кислорода гакроорганизмами, культуральная среда опять прокачивается через измерительную кювету определенное время, берется новая проба и повторяются описанные операции.

При -реализации данного способа абсолютная погрешность определения скорости потребления растворенного 0 не не превышает 0,05 г/лч.

Формула изобретения

Способ автоматического определения скорости потребления кислорода микроорганизмами, предусматривающий прокачивание культуральной среды че- . рез измерительную ячейку и измерение концентрации растворенного кислорода, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности, в процессе определения скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами останавливают прокачивание -культур ал ьно и среды, измеряют интервал времени от момента остановки Прокачивания культуральной среды до момента стабилизации концентрации растворенного кислорода микроорганизмами в измерительной ячейке, а определение скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по измеренному интервалу времени.

Coj.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам авто. матического определения переменных процесса биосинтеза. Целью изобретения является повьшение точности определения скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами. Перед измерением прокачивают культу- ральную среду через измерительную ячейку с помощью прокачивающего устройства, останавливают прокачивание культуральной среды, а скорость потребления растворенного кислорода микроорганизмами определяют измерением интервала времени, через который микроорганизмы исчерпывают растворенный кислород в культуральной среде в измерительной ячейке, т.е. стабилизируется концентрация растворенного кисло- рода микроорганизмами в измеритель- ной ячейке. 2 ил.

Редактор И. Сегляник

Составитель Г. Богачева

Техред л.Олийнык Корректор В.Романенко

Заказ 3446/26

Тираж 520

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,, д. 4/5

iCsj

Фи§.1

иг.2.

Подписное